воскресенье, 11 июня 2017 г.

802.11n

802.11n-2009 описывает HT (high throughput) радио (clause 20), использующее MIMO и OFDM. Повышенные дальность и пропускная способность.
Обратно совместимы с предыдущими версиями. Работают ка в 2.4 (b/g/n) так и в 5 (a/b/g/n)

Требования альянса Wi-Fi к устройствам "n":
-поддержка двух пространственных потоков (точка доступа). Клиенты должны передавать и принимать по крайней мере в одном потоке. Три потока - опционально.
-Поддержка A-MPDU для снижения оверхеда на 2 уровне (аггрегация нескольких Ethernet фреймов в один фрейм 802.11).
-Поддержка Block ACK
-Работа в диапазонах 2.4 и 5 ГГц, втч одновременная (опционально)
-Поддержка каналов 40МГц (channel bonding) - опционально
-Совместное использование каналов 20/40МГц - опционально
-Преамбула Greenfield - повышает эффективность сети, не может быть первана преамбулой более старых устройств - опционально
-Короткие защитные интервалы 400нс вместо 800нс - опционально
-Space-time block codeing (STBC) - улучшает прием путем кодирования данных в виде блоков с использованием нкскольких антенн - опционально
-HT duplicate mode - позволяет точке посылать одни и теж еданные одновременно в 20-мегагерцовых каналах в пределах одного канала 40МГц - опционально
Подробнее: http://www.wi-fi.org/discover-wi-fi/wi-fi-certified-n

MIMO существует на 1 уровне (PHY). Одно из необходимых условий работы - многолучевое распространение. Если сигналы будут приходить на применик в одно и то же время, они будут гасить друг друга и производительность будет такой же как в не-MIMO системах.

Передача нескольких потоков методом пространственного мультиплексирования (spatial multiplexing) позволяет добиться более высокой пропускной способности используя феномен многолучевого распространения.

Существуют различные технологии разнесенной передачи и приема: 1. Передача: STBC (только устройства 802.11n), CDS (как 802.11n nтак и legacy устройства), TxBF 2.Прием: MRC

Чейны (chains).Передача до 802.11n: SISO. В MIMO радио чейнов несколько. Например MIMO 2x3 - 2 чейна на передачу, 3 на прием.
Каждый отдельный поток - spatial stream. Каждый поток имеет свой путь распространения, т.к. антенны разнесены как минимум на половину длины волны.  Каждый уникальный поток передает свои данные. Такая передача называется пространственным мультиплексированием (SM) или мультиплексированием с пространственным разнесением (spatial divesity multiplexing, SDM).

Как правило, при обозначении MIMO систем используется три числа: (количество приемников)x(количество передатчиков):(количество стримов), например 3х3:2 Отдельные потоки могут использовать одинаковые или разные модуляции (equal/unequal modulation).

Maximal Ratio Combining - не-MIMO устройство отправляет данные MIMO устройству. При этом MIMO устройство позволяет использовать для приема несколько антенн, выбирать лучшую копию сигнала и "собирать" таким образом переданные данные. Повышает дальность, снижает количестсво поврежденных данных.

STBC - если количество чейнов превышает количество пространственных потоков, одни и те же данные могут передаваться по нескольким чейнам, что повышает чувствительность.Только устройства 802.11n. SDS - аналог для сетей где есть как MIMO так и legacy устройства.

TxBF - сигналы отправляются таким образом, чтобы усиливать друг друга на принимающем устройстве (т.е. прибывать в одной фазе). Передатчик, использующий бимформинг подстраивает фазу передаваемых сигналов обмениваясь информацией с принимающей стороной (sounding frames). По итогу оценки канала создается т.н. steering matrix, т.е. набор оценочных данных, позволяющих корректировать передачу для достижения наилучших характеристик линка.
Implicit feedback - передающая сторона (beamformer) оценивает канал по принципу радара и на основании этого создает steering matrix. Explicit feedback - steering matrix строится принимающей стороной (beamformee) и передающая сторона корректирует свою работу на основании этих данных.

802.11n также как и 802.11g использует OFDM, но n может использовать больше поднесущих.

Клиенты могут сообщать, что они "Fourty megahertz intolerant" с использование управляющих фреймов. Точка доступа, использующая канал 40МГц, принявшая такие фреймы будет вынуждена сменить канал на 20МГц (т.е. иначе она создает помехи во всех каналах диапазона 2.4).

Для цифровых сигналов, сигнал модулируется для передачи битов или наборов битов, т.н. символов (symbols). Когда радио 802.11a/g передает 54Мбит/с, каждый символ OFDM содержит 288 бит, 216 из них - данные, 72 - биты для коррекции ошибок. При этом используется 48 поднесущих в 20МГц канале (не-HT). В 802.11a/g между символами используются защитные интервалы в 800нс. Защитный интервал требуется для того, чтобы при многопоточном распространении все "запаздывающие" символы были получены раньше, чем будут получен новый символ, другими словами, чтобы избежать межсимвольной интерференции (ISI). Защитный интервал должен быть в 2-4 раза больше задержки распространения (delay spread). Т.о. стандартный защитный интервал составляет 800нс. В 802.11n может быть использован укороченный интервал в 400нс, что позволяет получить прирост пропускной способности примерно на 10% но повышает риск возникновения ISI, следовательно укороченный интервал следует использовать там где многолучевое распространение отсутствует или невелико.

Modulation coding scheme (MCS). не-HT устройства определяют битрейт (data rate) от 6 до 54Мбит/с на основании используемой модуляции и метода кодирования. HT устройства определяют битрейт на основании гораздо большего количества факторов, как то модуляция, метод кодирования, количество пространственных потоков, размер канала, защитный интервал.  Какждая MCS является вариацией этих фаторов. Всего для каналов 20 и 40МГц их 77. Для каналов 20МГц существует 8 обязательных MCS.

Преамбула требуется для синхронизации перадчи на физическом уровне. Заголовок первого уровня содержит информацию о том, сколько времени требуется на передачу фрейма 802.11(MPDU) и какая MCS будет при этом использована.

Существует 3 вида PPDU и три вида преамбул:
1. Non-HT legacy
2. HT-Mixed Cодержит элементы legacy преамбулы для совместимости c legacy устройствами
3. HT Greenfield может быть декодирована только устройствами 802.11n-2009

A-MSDU (aggregated MAC service data unit) - агрегация нескольких Ethernet фреймов в один радио фрейм для уменьшения оверхеда. Все агрегированные фреймы должны принадлежать к одной категории QoS, например в одном фрейме не могут быть агрегированы голосовые данные и best-effort.

A-MPDU (aggregated MAC protocol data unit) - агрегирование нескольких фреймов 802.11, которые имеют одинаковый адрес получателя. data unit) - агрегация нескольких Ethernet фреймов в один радио фрейм для уменьшения оверхеда. Все агрегированные фреймы должны принадлежать к одной категории QoS. Генерирует больше оверхеда, т.к. каждый фрей имеет собственный MAC заголовок и трейлер. При повлении CRC ошибок, повторяется отправка не всего агрегированного фрейма, а только поврежденного, т.о. A-MPDU более устойчив к помехам, чем A-MSDU. Большинство вендоров использует A-MPDU.

Block acknowledgement. Подтверждается получение только юникаст фреймов. Использование одного ACK для группы фреймов (frame burst).

Reduced interfame space (RIFS) - уменьшенный временной промежуток между фреймами (2нс), может быть использовать во время frame burst. Можно использовать только в сетях greenfield HT.

Энергосбережение (Power save) - поддерживается как традицонный режим энергосбережения, так и новый SM (spatial multiplexing) power save. В этом режиме MIMO устройство отключает все приемники кроме одного (может работать в статическом или динамическом режиме). Еще одни режим энергосбережения - PSMP (расширение APSD).

Несколько режимов каналов. Режим 20/40 позволяет устройствам n и a/g одновременно работать с одной точкой доступа. Т.е. устройства n полностью обратно совместимы с legacy устройствами.

D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administration Official Study Guide

Комментариев нет:

Отправить комментарий